IT8322391A1 - ELECTROCHEMICAL CELLS WITH COMPLEX SO2 ELECTROLYTES AT LOW VAPOR PRESSURE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
della domanda di brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: "CELLE ELETTROCHIMICHE AVENTI ?LETTROLl-TI DI SO2 COMPLESSATI A BASSA PRESSIONE DI VAPORE" of the patent application for Industrial Invention entitled: "ELECTROCHEMICAL CELLS WITH COMPLEX SO2 LETTROLLS AT LOW STEAM PRESSURE"
R I A S S U N T O SUMMARY
Nella elettrochimica non acquosa avente un catodo attivo solido, un anodo metallico attiva e un elettrolita altamente-conduttivo a bassa tensione di vapore comprendente un complesso solvatato liquido di biossido di zolfo (SC2) e un sale di metallo alcalino o alcalino-terroso,solubile nel detto complesso, quale quelli aventi un anione alogenuro inun elemento del Gruppo 3A, il rapporto del sale al biossido di zolfo nel detto elettrolita essendo compreso nel campo da 1:1 a 1:7. In non-aqueous electrochemistry having a solid active cathode, an active metal anode and a highly conductive low vapor pressure electrolyte comprising a liquid solvate complex of sulfur dioxide (SC2) and an alkaline or alkaline earth metal salt, soluble in said complex, such as those having a halide anion in an element of Group 3A, the ratio of the salt to the sulfur dioxide in said electrolyte being included in the range from 1: 1 to 1: 7.
La presente invenzione si riferisce ad elettroliti per celle elettrochimiche non acquose, e pi? particolarmente agli elettroliti che contengono biossido di zolfo (SO2). The present invention relates to electrolytes for non-aqueous electrochemical cells, and more. particularly to electrolytes which contain sulfur dioxide (SO2).
Il biossido di zolfo pur essendo un solvente elettrolitico poco efficace, ? stato cionondimeno utilizzato largamente in celle elettrochimiche non acquose con la doppia funzione di depolarizzatore c?ttodico e di solvente elettrolitico grazie alla sua elevata densit? d'energia ed elevata capacit? di potenza. Senza la sua funzione come depolarizzatore catodico il SO2 ? stato raramente utilizzata solo come solvente elettrolitico,per il fatto che oltre alle scarse propriet? di solvatazione il SO2 presenta parecchi altri inconvenienti che generalmente si riferiscono al fatto di essere un gas alla temperatura e pressione ambiente (punto di ebollizione 10?C). Ai fini di una utilizzazione appropriata il S02 gassoso viene convertito in liquido in condizioni di bassa temperatur e/o di alta pressione,e deve essere mantenuto in tale stato liquido mediante pressurizzazione costante. Come risultato, le celle contenenti SO2 presentavano l'inconveniente di richiedere contenitori di celle rinforzati costosi e dispositivi di tenuta ermetica resistenti al biossido di zolfo volatile. Inoltre, un ulteriore costo derivava come risultato della necessit? di una liquefazione iniziale del SO2 e del maneggio speciale necessario particolarmente nei riguardi del riempimento delle celle con il SO2 liquido volatile. Anche gli aspet ti inerenti alla sicurezza delle celle contenenti SO2 rappresentavano in certa misura un problema poich?inecessari meccanismi di sfogo di sicurezza, mentre realizzavano unaprotezione, venivano cionondimento azionati dall'espulsione nell'atmosfe ra di S02 gassoso nocivo. Although sulfur dioxide is an ineffective electrolytic solvent,? nevertheless it has been widely used in non-aqueous electrochemical cells with the double function of cathodic depolarizer and electrolytic solvent thanks to its high density? of energy and high capacity? of power. Without its function as a cathode depolarizer, SO2? it has rarely been used only as an electrolytic solvent, due to the fact that in addition to the poor properties? of solvation, SO2 has several other drawbacks which generally refer to the fact that it is a gas at ambient temperature and pressure (boiling point 10 ° C). For proper use, the gaseous SO2 is converted into liquid under low temperature and / or high pressure conditions, and must be kept in this liquid state by constant pressurization. As a result, SO2-containing cells had the disadvantage of requiring expensive reinforced cell containers and volatile sulfur dioxide resistant hermetic seals. Furthermore, an additional cost arose as a result of the need? of an initial liquefaction of the SO2 and of the special handling required particularly with regard to filling the cells with the volatile liquid SO2. The safety aspects of the cells containing SO2 also represented to some extent a problem since the necessary safety vent mechanisms, while providing protection, were all the same actuated by the expulsion of noxious gaseous SO2 into the atmosphere.
Al fine di facilitare la soltazione dell'elettrolita e ridurre l'elevata pressione di va pore del S02 le celle generalmente conteevano cosolventi organici , quale l'acetonitrile, con il SO2. Per?, nonostante la presenza di cosolventi organici riducenti la pressione del vapere, le celle cionondimento rimanevano altamente pressurizzate con i conseguenti inconvenienti. Inoltre, i cosolventi organici, quale il summenzionato tonitrile, generalmente precludevano la ciclicit? delle celle e di tanto in tanto presentavano in se stessi un problema potenziale di sicurezza quando delle celle veniva fatto un abuso. I sali elettrolitici che furono trovati atti a sciogliersi apidamente nel SO2 senza la necessit? di utilizzare cosolventi organici realizzavano celle ad azione poco efficace, per esempio oppure erano generalmente probitivamente costosi, ad esempioi sali di cloroborato, quale il Inoltre, tali sali quando erano disciolti nel SO2 liquefatto, pur riducendo i problemi di rischio associati ai cosolventi organici, non alleviavano il problema generato dellelevata pressione del vapore dl biossido di zolfo. In order to facilitate the removal of the electrolyte and reduce the high vapor pressure of SO2, the cells generally contained organic cosolvents, such as acetonitrile, with SO2. However, despite the presence of organic cosolvents reducing the vapor pressure, the cells nevertheless remained highly pressurized with the consequent drawbacks. Furthermore, organic cosolvents, such as the aforementioned tonitrile, generally precluded cyclicality. cells and occasionally presented a potential safety problem in themselves when the cells were abused. The electrolytic salts that were found capable of dissolving rapidly in SO2 without the need? of using organic cosolvents produced cells with ineffective action, for example or they were generally probitively expensive, for example the salts of chloroborate, such as they alleviated the problem generated by the high vapor pressure of sulfur dioxide.
Uno scopo della presente invenzione ? quello di realizzare una cella non acquosa avente un elettrolita a bassa pressione di vapore, basato su S02, e un procedimento per la preparazione di tale elettrolita. A purpose of the present invention? that of realizing a non-aqueous cell having a low vapor pressure electrolyte, based on S02, and a process for the preparation of this electrolyte.
Un altro scopo della presente invenzione ? : quello di realizzare tale elettrolita avente una conduttivit? molto elevata e quindi appropriato per applicazione ad alta potenza, economico sia per quanto riguarda i materiali componenti, sia per quanto riguarda la loro preparazione; liquido in condizioni normali di temperatura e di pressione; chimicamente stabile nell'ambiente di cella non acquosa; appropriato per applicazioni a celle secondarie o ricaricabili; appropriato come elettrolita per un campo ampio di temperature; e privo di materiali organici liberi e quindi pi? sicuro degli elettroliti organici convenzionali. Another object of the present invention? : that of realizing this electrolyte having a conductivity? very high and therefore suitable for high power application, economical both as regards the component materials and as regards their preparation; liquid under normal conditions of temperature and pressure; chemically stable in the non-aqueous cell environment; appropriate for secondary or refillable cell applications; suitable as an electrolyte for a wide range of temperatures; and devoid of free organic materials and therefore more? safe of conventional organic electrolytes.
Questi ed altri scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione e dai isegni allegati, nei quali: These and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent. clearly from the following description and the attached signs, in which:
la figura 1 rappresenta una comparazione della pressione del vapore di un elettrolita di SO2 della tecnica anteriore e di un elettrolita secondo la presente invenzione la figura 2 e un grafico delle conduttivita di vari elettroliti secondo la presente invenzione a temperature differenti, Figure 1 is a comparison of the vapor pressure of a prior art SO2 electrolyte and an electrolyte according to the present invention Figure 2 is a graph of the conductivities of various electrolytes according to the present invention at different temperatures,
la figura 3 ? un grafico delle caratteristiche di ciclicit? di una cella avente un elettrolita secondo la presente invenzione, figure 3? a graph of the cyclic characteristics? of a cell having an electrolyte according to the present invention,
le figure da 4 a 7 rappresentano curve di scarico di celle diverse aventi l'elettrolita secondo la presente invenzione. La figura 5 rappr?senta anche una curva di carica per una forma di realizzazione; e la figura 8 rappresenta uh grafico dlle caratteristiche di polarizzazione di una cella avente un elettrolita secondo la presente invenzione. Figures 4 to 7 show discharge curves of different cells having the electrolyte according to the present invention. Figure 5 also represents a charge curve for one embodiment; and Figure 8 represents a graph of the polarization characteristics of a cell having an electrolyte according to the present invention.
Generalmente, la presente invenzione comprende un elettrolita d'alta conduttivit? adelevata pressione di vapore (inferiore a 2 atm. alla temperatura ambiente e preferibilmente inferiore a 1 atm. ) basato su SO2 un procedimento per la preparazione di tale elettrolita; e celle non acquose primarie e secondarie aventi anodi attivi di metallo, quali gli anodi di metallo alcalino o alcalino terroso, comprendenti loro miscele e leghe e contenenti tale elettrolita a bassa pressione di vapore. L'elettrolita secondo la presente invenzione ? costituito da un complesso solvatato, strettamente legato, di SO2 e un sale. di metallo alcalino o di metallo alcalino-terroso, solubile in esse, quali quelli in cui l'anione del sale ? costituito da alogenuro di un elemento del Gruppo 3A (della Tavola Periodica). Gli elementi del Gruppo che sono preferiti per il sale sono ilboro, l'alluminio, il gallio e l'indio e i metalli alcalini e alcalino-terrosi, preferiti sono il litio, il sodio e il calcio. Esempi di sali delGruppo 3Ap referiti per la formazione del complesso con il SO2 comprendono: Generally, the present invention comprises a high conductivity electrolyte. high vapor pressure (less than 2 atm. at room temperature and preferably less than 1 atm.) based on SO2 a process for the preparation of this electrolyte; and non-aqueous primary and secondary cells having active metal anodes, such as alkali or alkaline earth metal anodes, comprising mixtures and alloys thereof and containing such low vapor pressure electrolyte. The electrolyte according to the present invention? consisting of a tightly bound solvated complex of SO2 and a salt. alkali metal or alkaline earth metal, soluble in them, such as those in which the anion of the salt? consisting of the halide of an element of Group 3A (of the Periodic Table). The elements of the Group which are preferred for the salt are ilboron, aluminum, gallium and indium and the alkali and alkaline earth metals, preferred are lithium, sodium and calcium. Examples of Group 3Ap salts referred to for SO2 complex formation include:
e loro miscele. I sali non delGruppo 3A adattia form areun complesso con il SO2 comprendono il e il L and their mixtures. Non-adapted Group 3A salts complex with SO2 include II and L.
I sali che non complesss ano con il SO2 po ssono per? esser e sciolti nel comp lesso solvatato. Salts that do not complex with SO2 are for? be dissolved in the solvated complex.
Il complessamento solvatato del SO2 e del sale dipende dai rapporti equivalenti dei materiali anzich? dai rapporti di moli , tale differenza essendo evidente, per esempio, nei riguardi dei sali di metallo alcalino-terroso che generalmente contengono due equivalenti per mole. I rapporti di equivalenti sono compresi nel campo da 1:1 a 1:4 ((sale:S02)e a causa di tale variazione la combinazione del sale e del S02 si ? dimostrata essere della natura di un complesso anzich? di un nuovo composto formato per reazione. Bench? il complessamento effettivo del sale in SO2 ? generalmente fino ad un rapporto di.1:4 (sale:SO2), l'aggiunta di SO2 non complessato alla cella in una quantit? di fino a circa 1:2 (sale:S02 totale) non pressurizzera in modo dannoso la cella alla temperatura ambiente. Con un rapporto sale: SO2 superiore a 1:7 la cella non soltanto viene pressurizzata in modo dannoso oltre le 2 atm.) , ma anche la conduttivit? dell'elettrolita viene anche ridotta . Elettroliti quali il 1: molare in SO2 (rapporto equivalente dicirca 1 : 22 di come descritto nel Brevetto Statunitense No .3. 493 . 43 3 sono altamente pressurizzati (circa 3 ,5 atm.) e c?me descritto nel detto brevetto vengono in realt? utilizzati a temperature tra 1 0? C e -30?C. Poich? esso non ? disponibile sotto forma complessata con solo un minimo contenuto se ve n'? uno di SO2 non complessato, il SO nell'elettrolita non funge da depolarizzatore catodico attivo . Pertanto , l' elettrolita secondo la presente invenzione ? principalment -te utile in celle elettrochimiche aventi depolarizzatori catodici solidi. Tali catodi comprendono The solvated complexing of the SO2 and the salt depends on the equivalent ratios of the materials instead of? from the ratios of moles, this difference being evident, for example, with respect to the alkaline earth metal salts which generally contain two equivalents per mol. Equivalent ratios are included in the range from 1: 1 to 1: 4 ((salt: S02) and due to this variation the combination of the salt and the S02 has been shown to be of the nature of a complex rather than a new compound formed by reaction. Although the actual complexing of the salt into SO2 is generally up to a ratio of 1: 4 (salt: SO2), the addition of uncomplexed SO2 to the cell in an amount of up to about 1: 2 ( salt: total S02) will not pressurize the cell in a harmful way at room temperature. of the electrolyte is also reduced. Electrolytes such as 1: molar in SO2 (equivalent ratio of approximately 1: 22 as described in U.S. Patent No. 3. 493. 43 3 are highly pressurized (approximately 3.5 atm.) And as described in said patent are actually It is used at temperatures between 10 ° C and -30 ° C. Since it is not available in a complexed form with only a minimal content if there is one of non-complexed SO2, the SO in the electrolyte does not act as a cathode depolarizer. Therefore, the electrolyte of the present invention is mainly useful in electrochemical cells having solid cathode depolarizers. Such cathodes include
nonch? altri alogenuri metallici , ossidi , cromati , vanadati, titanati , tungstati, calcogenuri e catodi non metallici attivi , quali i polimeri conduttivi, organi ci, quali il poliacetilene, il poli-p-fenilene, il solfuro di polifenilene e vari composti carbonici, quali as well? other metal halides, oxides, chromates, vanadates, titanates, tungstates, chalcogenides and active non-metallic cathodes, such as conductive, organic polymers, such as polyacetylene, poly-p-phenylene, polyphenylene sulfide and various carbon compounds, such as
Bench? sarebbe presumibile che i catodi solidi realizzerebbero delle celle aventi una capacit? di elevata potenza rispetto alle celle , aventi depolarizzatori catodici fluidi quale il SO2 , tale riduzione ? in realt? ridotta al minimo dalla inattesamente molto elevata conduttivit? dell'elettrolita secondo la presente invenzione. Inoltre, i vantaggi di un sistema sostanzialmente non pressurizzato, particolarmente nei riguardialla maggiora sicurezza, compensa abbondantemente qualsia si riduzione della capacit? di elevata potenza. Bench? it would be presumable that the solid cathodes would make cells having a capacity? of high power compared to the cells, having fluid cathode depolarizers such as SO2, this reduction? in reality? minimized by the unexpectedly very high conductivity? of the electrolyte according to the present invention. Furthermore, the advantages of a substantially non-pressurized system, particularly in regards to the greater safety, abundantly compensates for any reduction in capacity. of high power.
L'elettrolita complesso solvatato secondo la presente invenzione viene preparato facendo reagire il SO2 con il sale di metallo alcalino o alcalino-terroso fino ai rapporti equivalenti necessari. Tale reazione pu? essere influenzata mediante sostanziale saturazione di S02 liquefatto con il sale fino ai rapporti equivalenti necessari. The solvated complex electrolyte according to the present invention is prepared by reacting the SO2 with the alkali or alkaline-earth metal salt up to the necessary equivalent ratios. Such a reaction can? be influenced by substantial saturation of S02 liquefied with the salt up to the necessary equivalent ratios.
Si preferisce per? che il sale venga fatto reagire con il SO2 aotto forma gassosa, facendo passare una corrente: di SO2 secco attraverso il sale , di guisa che ha luogo una reazione esotermica con la forrnazione di un complesso solvatato liquido. Do you prefer it for? that the salt is reacted with the SO2 in gaseous form, by passing a stream of dry SO2 through the salt, so that an exothermic reaction takes place with the formation of a liquid solvate complex.
Il liquido risultante ha una bassa pressione di vapore di con un punto di ebollizione di 40 C) e pu? essere maneggiato come un liquido contrariamente al S02 liquefatto (punto di The resulting liquid has a low vapor pressure of with a boiling point of 40 C) and can? be handled as a liquid in contrast to liquefied S02 (point of
ebollizione di 10?C) il quale deve essere maneggiato in modo speciale come un materiale volatile. La figura 1 illustra la comparazione della pressione di vapore boiling of 10 ° C) which must be handled in a special way as a volatile material. Figure 1 illustrates the comparison of vapor pressure
di un elettro ita della tecnica anteriore contenente SO2 (curva A)e di un complesso solvatato di of a prior art electrode containing SO2 (curve A) and of a solvate complex of
3,5 (curva B) a varie temperature. Alla temperatura ambiente (20 C) gli elettroliti di della tecnica anteriore hanno elevate pressioni di vapore ( circa 3,5 kg/cm2 o circa 3,5 atmosfere), mentre il complesso solvatato ha una pressione di vapore di circa 3.5 (curve B) at various temperatures. At room temperature (20 C) the prior art electrolytes have high vapor pressures (about 3.5 kg / cm2 or about 3.5 atmospheres), while the solvated complex has a vapor pressure of about
en al disotto della pressione atmosferica di 1,05 en below the atmospheric pressure of 1.05
L 'alimento della pressione dell'elettrolita di complesso solvatato ? logaritmico con un auento della temperatura ad una pressione di 4,21 The solvent complex electrolyte pressure feed? logarithmic with an increase in temperature at a pressure of 4.21
Ci? ? in ulteriore contrasto marcato con i circa 1.8,3 kg/cm2 degli elettroliti della tecnica anteri?re contenenti SO There? ? in further marked contrast with the approximately 1.8.3 kg / cm2 of the electrolytes of the prior art containing SO
Si fa presente che il non deve necessa- It should be noted that the must not
riamente essere fatto reagire con il sale per s?, ma pu? in realt? essere fatto reagire , per esempio, con l'acido di Lewis e i componenti basici del sale, di guisa che il sale e il complesso solvatato iiquido vengono prociotti simultaneamente. per esempio, una corrente di S?2 secco pu? essere fatto passare attraverso un sale di o una miscela stechiometrica 1:1 dell'acido di Lewis e relativi componenti basici, ^ per pr?- . rly be reacted with the salt for himself, but he can? in reality? be reacted, for example, with Lewis acid and the basic components of the salt, so that the salt and the liquid solvate complex are proceeded simultaneously. for example, a current of dry S? 2 can? be passed through a salt of or a 1: 1 stoichiometric mixture of Lewis acid and its basic components, ^ for pr? -.
durre lo stesso complesso solvatato liquido di last the same liquid solvate complex as
- "x" essendo stato determinato come compreso nel campo da 1 a 4 (basi equivalenti). Una c?ntinuazione del gorgogliamento di risulta in un valore pi? elevato per "x" nei limiti del detto campo Valore inferiore per "x" possono essere ottenuti facendo evaporare un po del 2 dal complesso solvatato liquido. Un ' aggiunta di una quantit? eccessiva di come descritto prima, con cui il rapporto di SO totale rispetto al sale ? pi? grande di 7:1 forma per? una indesiderabile pressurizzazione dell'elettrolita {oltre circa 2 atm. ). - "x" having been determined as included in the range from 1 to 4 (equivalent bases). A c? Ntinuation of bubbling results in a value pi? high for "x" within the limits of said range Lower values for "x" can be obtained by evaporating some of the 2 from the liquid solvate complex. An addition of a quantity? excessive as described above, with which the ratio of total SO to salt? pi? 7: 1 big shape for? an undesirable pressurization of the electrolyte {over about 2 atm. ).
La conduttivit? alla temperatura ambiente di elettrolita complessato solvatato di Conductivity at room temperature of solvated complexed electrolyte of
? come ? stato scoperto, di circa che ? la massima conduttivit? osservata, fin?ra in qualsiasi elettrolita non acquoso . E' stato constatato che l'elettrolita second? l'invenzione ? molto stabile con anodi di litio ed ? stato inoltre constatato che esso abilita il litio ad essere placcato elettrochimicamente e strippato con efficienze di oltre il 97% anche su regimi estesi di ciclaggio, di guisa che esso ? un elettrolita eminentemente appropriato per celle ricaricabili di litio o altri metalli alcalini o alcalino-terrosi. ? how ? been discovered, about what? the maximum conductivity? observed, even in any non-aqueous electrolyte. It was found that the second electrolyte? the invention? very stable with lithium anodes and? It has also been found that it enables lithium to be electrochemically plated and stripped with efficiencies of over 97% even over extended cycling regimes, so that it? an electrolyte eminently suitable for rechargeable cells of lithium or other alkaline or alkaline earth metals.
Un comp lesso sol vatato di i A sol vated complex of i
mentre ha una eggermente inferiore conduttivit?di while it has a slightly lower conductivity of
(ma sempremolto alavata), presenta il vantaggio di una buona azionabilit? a bassa temperatura, per esempio una conduttivit? (but always very alavata), has the advantage of a good operability? at low temperature, for example a conductivity?
anche a -30?C.-Contrariamente ai complessi solvatati che congelano a temperature tra circa 8 C e -15 C , complessi solvatati di gelano a circa -44 C e sono pi? adatti quando si desidera un funzionamento a bassa temperatura Un complesso solvatato di che hauna conduttivit? di alla temperatura ambiente e di circa a -35 in realt? non gela ma diventa immobile a circa -50 C. Di conseguenza , esso pu? essere aggiunto ad altri salid i complessi solvatati, quali il even at -30 ° C. - In contrast to solvated complexes which freeze at temperatures between about 8 C and -15 C, solvated complexes freeze at about -44 C and are more? suitable when low temperature operation is desired. A solvated complex of which has a conductivity of at room temperature and around -35 in reality? it does not freeze but becomes immobile at about -50 C. Consequently, it can? solvated complexes, such as
realizzando un elettrolita avente sia una elevata conduttivit?, sia una capacit? di temperatura estremamente bassa ed elevata. realizing an electrolyte having both a high conductivity and a capacitance? extremely low and high temperature.
In alternativa , ? stato scoperto che l'incorporazione di quantit? aggiuntive di solventi inorganici , quali Alternatively,? it was discovered that the incorporation of quantity? additives of inorganic solvents, such as
giunti all?elettrolita di complesso solvatato ser -ve anche ad incrementare la capacit? di bassa temperatura. Per esempio, una miscela del 90% (in peso) di ? e del 10% di ( con tenen- gela a circa 25 C con una conduttivit? di circa once the electrolyte of the solvated complex is reached, it also serves to increase the capacity? low temperature. For example, a blend of 90% (by weight) of? and 10% of (keeping it at about 25 C with a conductivity of about
Sebbene sia stato constatato che il litio ? stabile in presenza, per esempio, di elettroliti di complessi solvatati di in applicazione celle secondarie o ricaricabili si preferisce che il sale complessato contenga cationi corrispondenti al metallo an?dico. Although it was found that lithium? stable in the presence, for example, of electrolytes of solvated complexes of secondary or refillable cells, it is preferred that the complexed salt contains cations corresponding to the anode metal.
Per applicazioni per celle primarie, altri sali, quali i summenzionati sali di sodio e di calci? possono essere utilizzati efficacemente con anodi di litio particolarmente per ottenere una incrementata capacit? di bassa temperatura. In via supplementare e preferibilmente per applicazione in celle primarie, sali elettrolitici normalmente non solubili in solo SO2 possono essere utilizzati mediante complessamento stechiometrico sia con For primary cell applications, other salts, such as the aforementioned sodium and calcium salts? can be used effectively with lithium anodes particularly to obtain an increased capacity? low temperature. Additionally and preferably for application in primary cells, electrolytic salts normally insoluble in SO2 alone can be used by stoichiometric complexing both with
sia con cosolvente organico , quale l'acetonitrile; esteri, quali il dimetossietano; carbonato di propilene e simili. Tali sali comprendono both with organic cosolvent, such as acetonitrile; esters, such as dimethoxyethane; propylene carbonate and the like. Such salts include
Il cosolvente organico rende The organic cosolvent yields
solubili tali sali in S02. Il cosolvente organico ? presente solo in quantit? sufficiente per co-complessare il sale con assenza di rischi materiali organici liberi. Con tale co-complesso si possono utilizzare analogamente anche sali aolubili. these salts are soluble in S02. The organic cosolvent? present only in quantity? sufficient to co-complex the salt with the absence of free organic material risks. With this co-complex also soluble salts can be used analogously.
Il fatto che l'elettrolita secondo la presente invenzione abbia una bassa pressione di vapore nonostante il suo componente S02 comporta par recchi vantaggi economici e di sicurezza molto importanti. Le celle fatte con esso non richiedono di essere rinforzati o in altro modo resi resistenti a contenuti pressurizzati. Lo sfiato, se necessario come ; precauzione di sicurezza , non d? luogo all'emissione di fumi nocivi su S02 che si diffondono rapidamente. Dispositivi di tenuta ermetica per le celle non sono tanto suscettibili a degradazione a causa dello stato legato del S02 normalmente corrosivo, e in realt? si possono impiegare dispositivi di tenuta pi? economici appropriati per celle non pressurizzate .Ad eccezione dell'iniziale relativamente semplice procedura di formare l'elettrolita complesso solvatato liquido come descritto in quanto precede, non ? necessario alcun speciale maneggio o conservazione in magazzino contrariamente al maneggio di S02 volatile non complessato. Il riempimento dalle celle con l'elettrolita al riempimento d? celle con un pressurizzato liquido volatile quale il SO2. The fact that the electrolyte according to the present invention has a low vapor pressure despite its S02 component entails several very important economic and safety advantages. Cells made with it do not need to be reinforced or otherwise made resistant to pressurized contents. The vent, if necessary such as; safety precaution, not d? resulting in the emission of noxious fumes on S02 which spread rapidly. Hermetic sealing devices for cells are not as susceptible to degradation due to the bonded state of the normally corrosive S02, and actually? can you use sealing devices pi? inexpensive suitable for non-pressurized cells. With the exception of the initial relatively simple procedure of forming the liquid solvated complex electrolyte as described above, no? no special handling or storage required in the warehouse contrary to the handling of non-complexed volatile S02. The filling from the cells with the electrolyte to the filling d? cells with a pressurized volatile liquid such as SO2.
Al fine di ilustrare pi? completamente le propriet? e gli aspetti vantaggiosi dell'elettrolita secondo la presente invenzione vengono descritti seguente Esempi. Si intende, per?, che tali Esempi sono illustrativi nella loro natura e non de -vono essere considerati limitativi della presente invenzione. Salvo indicazioni in contrario, tutte le parti sono parti in peso. In order to illustrate more? completely the properties? and the advantageous aspects of the electrolyte according to the present invention are described in the following Examples. It is understood, however, that such Examples are illustrative in their nature and should not be considered limiting of the present invention. Unless otherwise stated, all parts are parts by weight.
ESEMPIO 1 - Quantit? stechiometriche di EXAMPLE 1 - Quantity stoichiometric of
furono introdotti in un recipiente di vetro e del were introduced into a glass container and del
secco fu fatto passare attraverso le particelle di sale.Un complesso solvatato liquido trasparente di dry was passed through the salt particles. A clear liquid solvate complex of
si form? rapidamente con generazione di calore, e dopo il raffreddamento alla temperatura ambiente fu determinato che il rapporto molare o equivalente di nel complesso solvatato fu di 1:3,1. La continuazione del gorgogliamento del it formed? rapidly with heat generation, and after cooling to room temperature it was determined that the molar or equivalent ratio of overall solvate was 1: 3.1. The continuation of the bubbling of the
secco attraverso il LiCl e diede un altro complesso solvatato liquido trasparente avente un rapporto equivalente di di 1:3,1 L'evaporazione di una piccola quantit? di dal complesso solvatato diede un altro complessa solvatato liquido trasparente avente un rapporto equivalente di di 1:2,6. Le conduttivit? dei tre complessi solvatate liquidi , alle varie temperature, furono misurate come illustrato nella figura 2 come curve C, D e E rispettivamente. Le conduttivit? ottenute furono le pi? elevate mai ottenute per elettroliti non acquosi. Inoltre, il metallo litio Immagazzinato nell'elettrolita per periodi superiori alle quattro settimane non mostrarono alcuna corrosione indicando cosi la stabilit? di tali elettroiti di complesso solvatato in celle contenenti litio. dried through the LiCl and gave another clear liquid solvate complex having an equivalent ratio of 1: 3.1. The evaporation of a small amount? from the solvate complex gave another clear liquid solvate complex having an equivalent ratio of 1: 2.6. The conductivity? of the three liquid solvated complexes, at various temperatures, were measured as illustrated in Figure 2 as curves C, D and E respectively. The conductivity? obtained were the most? never obtained for non-aqueous electrolytes. Furthermore, the lithium metal stored in the electrolyte for periods of more than four weeks showed no corrosion thus indicating stability. of such solvated complex electroites in lithium-containing cells.
ESEMPIO 2. Un complesso solvatato di fu formato come nell'Esempio 1, ma con NaCl invece di LiCl con la sua conduttivit? alle varie temperature riportate nella EXAMPLE 2. A solvate complex was formed as in Example 1, but with NaCl instead of LiCl with its conductivity. at the various temperatures shown in
figura 2 come curva F. figure 2 as curve F.
ESEMPIO 3. Un complesso solvatato di - rapporto equivalente rapporto molare) fu formato come nell 'Esempio 1, ma con un rapporto stechimetrico di ; La conduttivit? a temperature differenti ? riportata nella figura 2 come curva G. EXAMPLE 3. A solvate complex of - equivalent ratio molar ratio) was formed as in Example 1, but with a stechimetric ratio of; Conductivity at different temperatures? shown in figure 2 as curve G.
ESEMPIO 4. Un complesso solvatato misto di EXAMPLE 4. A mixed solvate complex of
rapporto molare) fu ottenuto facendo passare attraverso (rapporto molare di 9:1:4) . Il risultante complesso solvatato liquido diede conduttivit? a temperature differenti, indicate"nella figura 2 come curva H. molar ratio) was obtained by passing through (molar ratio of 9: 1: 4). The resulting liquid solvate complex gave conductivity. at different temperatures, indicated "in Figure 2 as curve H.
ESEMPIO 5. Un complesso solvatato di una miscela 90 EXAMPLE 5. A solvate complex of a mixture 90
fu preparata e diede conduttivit? a varie temperature come riportato nella figura 2 come curva I. ESEMPIO 6. Una cella elettrochimica a catodo limitato fu costituita con un catodo di 2 g del 60% di grafite e 10% di politetrafluoretilene(PTEF) pressato su una griglia di nichel 2,5 cm x 4,1 cm intercalati a sandwhich da due anodi di litio ognuno di dimensioni analoghe. La cella fu riempita con l'elettrolita di complesso solvatato e scaricata alla velocit? di 4 fino ad una tensione finale di 2,6 volt e caricata alla velocit? di 20 ma fino a 4,05 volt su un regime continuo di ciclaggio. La cella fu fatta eseguire circa 350 cicli ad una percentuale vicina al 100% della capcit? di un catodo di trasferimento di un elettrone ?.Le curve di carica e di scarica per i cicli No. sei, n0.173 e No.230 sono riportate nella figura. La capacit? cumulativa fino a questo punto ? d 72 Ahr con circa 36 rotazioni di Li (97% effettivi sull'anoto). La capacit? primaria teorica iniziale fu di 0,24 Ahr. was prepared and gave conductivity? at various temperatures as shown in Figure 2 as curve I. EXAMPLE 6. A limited cathode electrochemical cell was formed with a 2 g cathode of 60% graphite and 10% polytetrafluoroethylene (PTEF) pressed on a nickel 2 grid, 5 cm x 4.1 cm interspersed in sandwhich by two lithium anodes each of similar dimensions. The cell was filled with the electrolyte of solvated complex and discharged at the speed. of 4 up to a final voltage of 2.6 volts and charged at the speed? of 20 m up to 4.05 volts on a continuous cycling regime. The cell was made to perform about 350 cycles at a percentage close to 100% of the capacity. of an electron transfer cathode?. The charge and discharge curves for cycles No. six, No. 0.173 and No. 230 are shown in the figure. The capacity cumulative up to this point? d 72 Ahr with about 36 Li rotations (97% effective on the anoto). The capacity initial theoretical primary was 0.24 Ahr.
ESEMPIO7. Queste celle furono preparate come nell'Esempio 1, ma con l'el?ttrolita di coplesso solvatato, L dell'Esempio 4. Le celle furono scaricate alle velocit? di 20 ma, 40 ma e 60ma rispettivamente, con i risultati della carica riportati nella figura 4. EXAMPLE 7. These cells were prepared as in Example 1, but with the solvated coplex electrolyte, L of Example 4. The cells were discharged at speeds. 20mA, 40mA and 60mA respectively, with the charging results shown in Figure 4.
ESEMPIO 8. Fu preparata una cella come nell'Esempio 6, ma con l'elettrolita di complesso solvatato dell'Esempio 3 (90%) La cella fu fatta eseguire i cicli a 40ma di scarica 20 ma di carica,e la scarica-c?rica del sesto ciclo ? riportata nella figura 5. EXAMPLE 8. A cell was prepared as in Example 6, but with the solvated complex electrolyte of Example 3 (90%). ? ric of the sixth cycle? shown in figure 5.
ESEMPIO 9. Una cella come quella dell'Esempio 6 fu preparata, ma con un catodo di 3 g composto del 60% CuO, 30% grafite e 10% PTFE. La cella fu scaricata a 40ma con i risultati riportati nella figura 6. EXAMPLE 9. A cell like that of Example 6 was prepared, but with a 3 g cathode composed of 60% CuO, 30% graphite and 10% PTFE. The cell was discharged at 40mA with the results shown in Figure 6.
ESEMPIO 10.Fu preparata una cella come nell'Esempio 6,ma con un catodo di 3 g costituito dal 30% grafite e 10% PTFE. L? cella fu scaricata a 40 ma e i risultati sono riportati nella figura 7. EXAMPLE 10 A cell was prepared as in Example 6, but with a cathode of 3 g consisting of 30% graphite and 10% PTFE. L? cell was discharged at 40 mA and the results are shown in Figure 7.
ESEMPIO 11. U cella di avvolta a spirale,avente 15,9-cm x 2,5 cm di litio e l? cella essendo catodicamente limitata a una capacit? teorica di 0,75 Ahr,fu riempita dell'elettrolita dell'Es.1.La cella mostr? una tensione iniziale a circuito aperto di 4,0V. La cella fu poi scaricata a 85 ma e erog? una capacit? di 0,56 Ahr ad una tensione finale di 2,0 V.La cella fu caricata ? 40ma per 14 ore e scaricatadi nuovo a 40 ma erogando 0,40 Ah alla seconda sc?rica.La figura 8 m?stra la polarizzazione della cella durante la scarica e la carica. EXAMPLE 11. A spiral wound cell having 15.9-cm x 2.5 cm of lithium and 1? cell being cathodically limited to a capacity? theoretical of 0.75 Ahr, was filled with the electrolyte of Ex.1. an initial open circuit voltage of 4.0V. The cell was then discharged at 85 ma and erog? a capacity? 0.56 Ahr at a final voltage of 2.0 V. Was the cell charged? 40ma for 14 hours and discharged again at 40 ma delivering 0.40 Ah at the second discharge. Figure 8 shows the polarization of the cell during discharge and charge.
L'utilizzazione efficace dell'elettrolita secondo l'invenin celle possono alleviare il problema concernen The effective utilization of the electrolyte according to the invention can alleviate the problem concernen
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